JP2539855B2 - Nonlinear optical material and nonlinear optical element using the same - Google Patents
Nonlinear optical material and nonlinear optical element using the sameInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素
子に関し、オプトエレクトロニクス分野で好適に使用さ
れる非線形光学材料とそれを用いた非線形光学素子に関
する。The present invention relates to a nonlinear optical material and a nonlinear optical element using the same, and a nonlinear optical material preferably used in the field of optoelectronics and a nonlinear optical element using the same. Regarding
〈従来技術及び発明が解決しようとする問題点〉 非線形光学効果は、媒質に光が入射したとき、その光
の電場の2乗以上の高次の項に比例する分極が生じる現
象であり、レーザ光等の強電界下では非線形光学効果が
顕著に現れる。この非線形光学効果により、第2高調波
発生、カー効果、光双安定などが可能となり、特に光の
電場の2乗に比例して起る2次非線形光学効果は光波長
変換素子、光変調素子等の非線形光学素子としてオプト
エレクトロニクス分野の発展を約束する素子への応用が
可能であるため多くの注目を集めている。<Problems to be Solved by Prior Art and Invention> The non-linear optical effect is a phenomenon in which when light enters a medium, polarization proportional to the second-order or higher-order term of the electric field of the light occurs, A non-linear optical effect appears remarkably under a strong electric field such as light. This nonlinear optical effect enables generation of the second harmonic, Kerr effect, optical bistability, etc. Especially, the second-order nonlinear optical effect occurring in proportion to the square of the electric field of light is an optical wavelength conversion element or an optical modulation element. Since it can be applied to non-linear optical elements such as the above, which can be applied to elements that promise the development of the optoelectronics field, they have received much attention.
それらの素子を構成する材料は、現在のところKH2PO4
(KDP)などの一部の無機材料が実用されているにすぎ
ない。しかし、それら無機材料の非線形光学定数は小さ
く、それゆえ素子の動作には極めて高い電圧、または極
めて強い光強度が必要であった。このため、非線形光学
定数の大きい材料への要求は極めて強く、様々な材料探
索がなされてきた。無機材料においては、ニオブ酸リチ
ウム(LiNbO3)が最も大きい非線形光学定数を有してい
るが、ニオブ酸リチウムは強いレーザ光を照射すると部
分的に屈折率の変化を生じ、また光で容易に損傷する欠
点を有しており未だ実用化されていない。The materials that make up these devices are currently KH 2 PO 4
Only some inorganic materials such as (KDP) are in practical use. However, the non-linear optical constants of these inorganic materials are small, and therefore extremely high voltage or extremely high light intensity is required for the operation of the device. Therefore, the demand for materials having large nonlinear optical constants is extremely strong, and various materials have been searched for. Among inorganic materials, lithium niobate (LiNbO 3 ) has the largest nonlinear optical constant, but lithium niobate causes a partial change in the refractive index when irradiated with a strong laser beam, and is easily exposed to light. It has the drawback of being damaged and has not yet been put to practical use.
近年になって、無機系材料に比べて有機系材料の方が
はるかに高い非線形光学特性を有することが見出ださ
れ、例えば、2−メチル−4−ニトロアニリン(MNA)
に代表されるように、π電子系を有すると共に分子内に
電子供与性基と電子吸引性基とを有し、極めて大きい非
線形光学定数を有する材料が注目されている。しかし、
2次の非線形光学効果を得るためには、結晶構造が反転
対称中心を持たないことが必要であり、さらに結晶内の
分子が一方向に並んだ構造が理想的であるが、2次の非
線形光学定数β(以下、非線形光学定数βと称する)が
分子状態でMNAに比べて大きい化合物、即ち、より大き
い永久双極子モーメントまたより大きいπ電子系を有す
る化合物の結晶構造を制御することは極めて困難であ
り、今までMNAより高い2次非線形光学効果を有する有
機系化合物の報告例はほとんどなく、従って、MNAより
高効率の非線形光学材料および非線形光学素子は知られ
ていない。Recently, it has been found that organic materials have much higher nonlinear optical properties than inorganic materials, such as 2-methyl-4-nitroaniline (MNA).
As typified by, a material having a π-electron system, an electron-donating group and an electron-withdrawing group in the molecule, and an extremely large nonlinear optical constant is drawing attention. But,
In order to obtain the second-order nonlinear optical effect, it is necessary that the crystal structure does not have an inversion symmetry center, and it is ideal that the molecules in the crystal are arranged in one direction. It is extremely difficult to control the crystal structure of a compound having an optical constant β (hereinafter referred to as a non-linear optical constant β) larger than that of MNA in a molecular state, that is, a compound having a larger permanent dipole moment or a larger π electron system. It has been difficult to report an organic compound having a second-order nonlinear optical effect higher than that of MNA, and thus, a nonlinear optical material and a nonlinear optical element having a higher efficiency than MNA have not been known.
〈目的〉 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高
い非線形光学効果を有する有機系非線形光学材料とそれ
を用いた非線形光学素子を提供することを目的とする。<Purpose> The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an organic nonlinear optical material having a high nonlinear optical effect and a nonlinear optical element using the same.
〈問題点を解決するための手段および作用〉 第1の発明の非線形光学材料は、下記一般式〔I〕で
表される化合物を少なくとも含有することを特徴とす
る。<Means and Actions for Solving Problems> The nonlinear optical material of the first invention is characterized by containing at least a compound represented by the following general formula [I].
(式中、Rは、水素原子、アルキル基、置換基を有して
いてもよいフェニル基を示し、Zは、水素原子、カルボ
キシ基、アルコキシカルボニル基、置換基を有していて
もよいカルバモイル基、シアノ基を示す) 有機非線形光学材料において、非線形光学定数βを大
きくするには、光の電場により分極が生ずる際に、分子
内の電子移動がスムーズに進行することが必要とされる
が、第1の発明は上記の構成よりなり、一般式〔I〕で
表される化合物は、電子吸引性の大きなシアノ基と、カ
ルバゾール骨格とが共役結合により結合しているので、
電子遷移に伴なって電子が大きく移動し、分子レベルで
の非線形光学定数βが大きく、顕著な非線形光学効果を
有する。 (In the formula, R represents a hydrogen atom, an alkyl group or a phenyl group which may have a substituent, and Z represents a hydrogen atom, a carboxy group, an alkoxycarbonyl group or a carbamoyl which may have a substituent. In organic non-linear optical materials, in order to increase the non-linear optical constant β, it is necessary for the electron transfer in the molecule to proceed smoothly when polarization occurs due to the electric field of light. According to the first aspect of the present invention, the compound represented by the general formula [I] has a cyano group having a large electron-withdrawing property and a carbazole skeleton bonded by a conjugated bond.
Electrons largely move with the transition of electrons, the nonlinear optical constant β at the molecular level is large, and a remarkable nonlinear optical effect is exhibited.
なお、上記一般式〔I〕で表される化合物において、
Rが炭素数1〜15のアルキル基、炭素数1〜15のアルコ
キシ基を有していてもよいフェニル基であり、Zがアル
コキシ部分の炭素数1〜15のアルコキシカルボニル基、
シアノ基である化合物、中でも、Rが炭素数1〜6のア
ルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基を有していても
よいフェニル基であり、Zがアルコキシ部分の炭素数1
〜6のアルコキシカルボニル基またはシアノ基である化
合物は、電子移動度が大きく、非線形光学定数βを大き
くする上で好ましい。In the compound represented by the above general formula [I],
R is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, a phenyl group which may have an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms, Z is an alkoxycarbonyl group having 1 to 15 carbon atoms in the alkoxy moiety,
A compound which is a cyano group, in which R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group which may have an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and Z is 1 carbon atom in the alkoxy portion.
The compound having an alkoxycarbonyl group or a cyano group of ˜6 has a large electron mobility and is preferable for increasing the nonlinear optical constant β.
さらには、一般式〔I〕で表される化合物が、3−
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
メチルカルバゾール、3−(2−シアノ−2−エトキシ
カルボニル)ビニル−9−メチルカルバゾール、3−
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
エチルカルバゾール、3−(2−シアノ−2−エトキシ
カルボニル)ビニル−9−エチルカルバゾール、3−
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
(4−メトキシフェニル)カルバゾール、3−(2,2−
ジシアノ)ビニル−9−メチルカルバゾールから選ばれ
た非線形光学材料、中でも上記化合物の単一成分結晶か
らなる非線形光学材料は、さらに非線形光学定数が大き
く、非線形光学材料として好ましい。Furthermore, the compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
Methylcarbazole, 3- (2-cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-methylcarbazole, 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
Ethylcarbazole, 3- (2-cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-ethylcarbazole, 3-
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
(4-methoxyphenyl) carbazole, 3- (2,2-
A non-linear optical material selected from dicyano) vinyl-9-methylcarbazole, especially a non-linear optical material composed of a single component crystal of the above compound, has a larger non-linear optical constant and is preferable as the non-linear optical material.
また、第2の発明の非線形光学素子は、光導波部を有
する非線形光学素子であって、上記光導波部が、上記一
般式〔I〕で表される化合物を少なくとも含有する非線
形光学材料で構成されていることを特徴とする。The nonlinear optical element of the second invention is a nonlinear optical element having an optical waveguide section, and the optical waveguide section is composed of a nonlinear optical material containing at least the compound represented by the general formula [I]. It is characterized by being.
上記構成の非線形光学素子によれば、光導波部が、大
きな非線形光学定数を示す上記一般式〔I〕で表される
化合物を少なくとも含有する上記非線形光学材料で構成
されているため、非線形光学効果が大きな2次の非線形
光学素子が得られ、光強度の弱いレーザ光でも高強度の
第2高調波を分離でき、また少ない電圧変化でも電気光
学効果を効率よく発現できる。According to the nonlinear optical element having the above-described configuration, the optical waveguide portion is made of the nonlinear optical material containing at least the compound represented by the general formula [I] having a large nonlinear optical constant. It is possible to obtain a second-order non-linear optical element having a large intensity, it is possible to separate a high intensity second harmonic even with a laser beam having a weak intensity, and it is possible to efficiently produce an electro-optical effect even with a small voltage change.
以下に、第1の発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the first invention will be described in detail.
上記一般式〔I〕で表される化合物において、置換基
Rのうち、アルキル基としては、例えば、メチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert−ブチル、
ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デ
シル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシ
ル、ペンタデシルなどのアルキル基が例示される。上記
アルキル基のうち、炭素数1〜15、特に炭素数1〜6の
直鎖または分枝鎖状アルキル基が好ましく、中でも、メ
チル基およびエチル基が好ましい。In the compound represented by the above general formula [I], the alkyl group in the substituent R is, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl,
Examples thereof include alkyl groups such as pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl and pentadecyl. Among the above-mentioned alkyl groups, a straight chain or branched chain alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms is preferable, and among them, a methyl group and an ethyl group are preferable.
また、置換基を有していてもよいフェニル基の置換基
としては、上記アルキル基;ヒドロキシ基;メチロー
ル、2−ヒドロキシエチル、3−ヒドロキシプロピルな
どのヒドロキシアルキル基;メトキシ、エトキシ、プロ
ポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、te
rt−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプ
チルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオ
キシ、ウンデシルオキシ、ドデシルオキシ、トリデシル
オキシ、テトラデシルオキシ、ペンタデシルオキシなど
のアルコキシ基;メルカプト基;メチルチオ、エチルチ
オ、プロピルチオ、ブチルチオ、ヘキシルチオなどのア
ルキルチオ基;ベンジルチオ、フェニルチオ等の置換基
を有していてもよいアラルキルチオまたはアリールチオ
基;アミノ、メチルアミノ、エチルアミノ、プロピルア
ミノ、イソプロピルアミノ、ブチルアミノ、ヘキシルア
ミノ、ジメチルアミノ、メチルエチルアミノ、ジエチル
アミノ、ジプロピルアミノ、ジブチルアミノなどのアル
キル基を有していてもよいアミノ基;ベンジルアミノ、
ベンズヒドリル、トリチルアミノなどのアラルキルアミ
ノ基;フェニルアミノ、ジフェニルアミノなどのアリー
ルアミノ基;フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲ
ン原子等が例示できる。As the substituent of the phenyl group which may have a substituent, the above-mentioned alkyl group; hydroxy group; hydroxyalkyl group such as methylol, 2-hydroxyethyl, 3-hydroxypropyl; methoxy, ethoxy, propoxy, iso Propoxy, butoxy, isobutoxy, te
rt-Butoxy, pentyloxy, hexyloxy, heptyloxy, octyloxy, nonyloxy, decyloxy, undecyloxy, dodecyloxy, tridecyloxy, tetradecyloxy, pentadecyloxy and other alkoxy groups; mercapto group; methylthio, ethylthio, Alkylthio groups such as propylthio, butylthio and hexylthio; aralkylthio or arylthio groups which may have a substituent such as benzylthio and phenylthio; amino, methylamino, ethylamino, propylamino, isopropylamino, butylamino, hexylamino, An amino group which may have an alkyl group such as dimethylamino, methylethylamino, diethylamino, dipropylamino, dibutylamino; benzylamino,
Examples thereof include aralkylamino groups such as benzhydryl and tritylamino; arylamino groups such as phenylamino and diphenylamino; halogen atoms such as fluorine, chlorine, bromine and iodine.
上記フェニル基の置換基のうち、アルキル基、ヒドロ
キシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ
基、アルキル基を有していてもよいアミノ基からなる群
から選ばれたものが好ましく、炭素数1〜15、特に炭素
数1〜6のアルコキシ基、中でもメトキシ基、エトキシ
基が好ましい。また、上記置換基は、ベンゼン環の適宜
の位置に置換していてよいが、電子遷移に伴う電子移動
が大きなp−位に置換しているのが好ましい。また、上
記置換基は、ベンゼン環に少なくとも1個置換していれ
ばよい。Among the substituents of the phenyl group, those selected from the group consisting of an alkyl group, a hydroxy group, an alkoxy group, a mercapto group, an alkylthio group, and an amino group which may have an alkyl group are preferable, and the number of carbon atoms is 1 to 1. 15, especially an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, of which a methoxy group and an ethoxy group are preferable. Further, the above-mentioned substituent may be substituted at an appropriate position on the benzene ring, but is preferably substituted at the p-position in which electron transfer accompanying electron transition is large. Further, it is sufficient that at least one of the above substituents substitutes on the benzene ring.
置換基Zのうち、アルコキシカルボニル基としては、
例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プ
ロポキシカルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブト
キシカルボニル、イソブトキシカルボニル、tert−ブト
キシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチル
オキシカルボニル、オクチルオキシカルボニル、ノニル
オキシカルボニル、デシルオキシカルボニル、ウンデシ
ルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル、トリ
デシルオキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニ
ル、ペンタデシルオキシカルボニルなどのアルコキシカ
ルボニル基が例示される。Among the substituents Z, the alkoxycarbonyl group is
For example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, propoxycarbonyl, isopropoxycarbonyl, butoxycarbonyl, isobutoxycarbonyl, tert-butoxycarbonyl, hexyloxycarbonyl, heptyloxycarbonyl, octyloxycarbonyl, nonyloxycarbonyl, decyloxycarbonyl, undecyloxy. Examples thereof include alkoxycarbonyl groups such as carbonyl, dodecyloxycarbonyl, tridecyloxycarbonyl, tetradecyloxycarbonyl and pentadecyloxycarbonyl.
置換基を有していてもよいカルバモイル基としては、
カルバモイル、メチルカルバモイル、ジメチルカルバモ
イル、エチルカルバモイル、プロピルカルバモイル、フ
ェニルカルバモイル、ベンジルカルバモイルなどが例示
される。As the carbamoyl group which may have a substituent,
Examples thereof include carbamoyl, methylcarbamoyl, dimethylcarbamoyl, ethylcarbamoyl, propylcarbamoyl, phenylcarbamoyl and benzylcarbamoyl.
上記置換基Zのうち、アルコキシ部分の炭素数1〜1
5、特に炭素数1〜6の低級アルコキシカルボニル基、
中でもメトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基や
シアノ基が好ましい。Of the above substituents Z, the alkoxy part has 1 to 1 carbon atoms.
5, especially a lower alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms,
Of these, a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group and a cyano group are preferable.
上記一般式〔I〕で表される化合物において、前記置
換基RおよびZは、各置換基の電子吸引性、電子供与性
の強さなどによって適宜選択することができるが、Rが
炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ
基を有していてもよいフェニル基、特に、メチル基、エ
チル基、またはメトキシ基、エトキシ基を有していても
よいフェニル基からなる群から選択された基であり、Z
がアルコキシ部分の炭素数1〜6のアルコキシカルボニ
ル基、シアノ基、特に、メトキシカルボニル基、エトキ
シカルボニル基またはシアノ基からなる群から選択され
た基である化合物は、光などの電場により分極が生じる
際、電子移動度が大きく、特に大きな非線形光学定数β
を示し、非線形光学材料として好ましい分子構造および
結晶構造となる。In the compound represented by the above general formula [I], the substituents R and Z can be appropriately selected depending on the strength of the electron withdrawing property, the electron donating property and the like of each substituent. ~ 6 alkyl group, a phenyl group optionally having an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, particularly a group consisting of a methyl group, an ethyl group, or a phenyl group optionally having a methoxy group or an ethoxy group. Z is a group selected from
A compound in which is a group selected from the group consisting of an alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms in the alkoxy moiety and a cyano group, particularly a methoxycarbonyl group, an ethoxycarbonyl group or a cyano group, is polarized by an electric field such as light. In this case, the electron mobility is large, and the particularly large nonlinear optical constant β
And a preferable molecular structure and crystal structure as a nonlinear optical material.
特に、前記一般式〔I〕で表される化合物が、3−
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
メチルカルバゾール、3−(2−シアノ−2−エトキシ
カルボニル)ビニル−9−メチルカルバゾール、3−
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
エチルカルバゾール、3−(2−シアノ−2−エトキシ
カルボニル)ビニル−9−エチルカルバゾール、3−
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
(4−メトキシフェニル)カルバゾール、3−(2,2−
ジシアノ)ビニル−9−メチルカルバゾールから選ばれ
た非線形光学材料は、さらに非線形光学定数が大きく、
非線形光学材料として好ましい。In particular, the compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
Methylcarbazole, 3- (2-cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-methylcarbazole, 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
Ethylcarbazole, 3- (2-cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-ethylcarbazole, 3-
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
(4-methoxyphenyl) carbazole, 3- (2,2-
The non-linear optical material selected from dicyano) vinyl-9-methylcarbazole has a larger non-linear optical constant,
Preferred as a non-linear optical material.
前記一般式〔I〕で表される化合物は、例えば、下記
一般式〔II〕で表される化合物と下記一般式〔III〕で
表される化合物との縮合反応などにより製造することが
できる。The compound represented by the general formula [I] can be produced, for example, by a condensation reaction of the compound represented by the following general formula [II] and the compound represented by the following general formula [III].
(式中、RおよびZは前記に同じ。) 上記一般式〔II〕で表される化合物と一般式〔III〕
で表される化合物から前記一般式〔I〕で表される化合
物を得る反応は、通常有機溶媒中で行われ、溶媒として
はこの反応に悪影響を及ぼさない溶媒であればいずれの
溶媒も使用でき、例えば、n−ヘキサン、n−オクタ
ン、シクロヘキサン等の脂肪族または脂環族炭化水素
類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素
類、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコ
ール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、
ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等
のエーテル類、アセトニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルリン酸トリア
ミドなどが例示される。該反応は通常室温または加温な
いし還流下にて行われ、反応は数時間ないし48時間程度
で終了する。反応終了後、反応混合物を濃縮し、再結
晶、溶媒抽出、カラムクロマトグラフィー等の慣用の手
段で容易に分離精製することができる。 (In the formula, R and Z are the same as above.) The compound represented by the general formula [II] and the general formula [III]
The reaction for obtaining the compound represented by the general formula [I] from the compound represented by is usually carried out in an organic solvent, and any solvent can be used as long as it does not adversely influence the reaction. , For example, aliphatic or alicyclic hydrocarbons such as n-hexane, n-octane and cyclohexane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, acetone and methyl ethyl ketone. Ketones, etc.
Examples thereof include ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, acetonitrile, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, hexamethylphosphoric triamide and the like. The reaction is usually carried out at room temperature or under heating to reflux, and the reaction is completed in about several hours to 48 hours. After completion of the reaction, the reaction mixture can be concentrated and easily separated and purified by a conventional means such as recrystallization, solvent extraction, column chromatography and the like.
前記一般式〔I〕で表される化合物を少なくとも含有
する非線形光学材料は、一般式〔I〕で表される化合物
の単一成分結晶であってもよく、一般式〔I〕で表され
る化合物と、他の非線形光学材料や液晶性高分子との混
合物からなる混合物結晶または混合物固体であってもよ
い。The nonlinear optical material containing at least the compound represented by the general formula [I] may be a single component crystal of the compound represented by the general formula [I], and is represented by the general formula [I]. It may be a mixed crystal or a mixed solid composed of a mixture of the compound and another nonlinear optical material or a liquid crystalline polymer.
前記一般式〔I〕で表される化合物の単一成分結晶
は、結晶状態でも非線形光学定数βが大きく、顕著な2
次非線形光学効果を有する。また、上記混合物結晶また
は混合物固体にあっては、結晶における分子配列を制御
し、2次非線形光学効果の大きな非線形光学材料とする
ことができる。The single-component crystal of the compound represented by the above general formula [I] has a large nonlinear optical constant β even in the crystalline state, and
It has a non-linear optical effect. Further, in the above-mentioned mixed crystal or mixed solid, the molecular arrangement in the crystal can be controlled to provide a nonlinear optical material having a large second-order nonlinear optical effect.
上記他の非線形光学材料としては、種々の有機非線形
光学材料が用いられるが、好ましくは非線形光学定数の
大きい材料、例えば、2次の非線形光学定数βが5×10
-30esu以上の化合物が用いられる。このような有機非線
形光学材料としては、分子内に電子吸引性基と電子供与
性基を有する化合物、例えば、前記MNAの他、1−メト
キシ−4−(4−ニトロベンジリデンアミノ)ベンゼ
ン、1−メチル−4−(4−ニトロベンジリデンアミ
ノ)ベンゼン、1−エチル−4−(4−ニトロベンジリ
デンアミノ)ベンゼン、1−プロピル−4−(4−ニト
ロベンジリデンアミノ)ベンゼン、1−ブチル−4−
(4−ニトロベンジリデンアミノ)ベンゼン、1−(4
−ニトロベンジリデンアミノ)−4−ヘキシルベンゼ
ン、1−(4−ニトロベンジリデンアミノ)−4−オク
チルベンゼン、1−エチル−4−(4−シアノベンジリ
デンアミノ)ベンゼン等のシッフ塩基型化合物;1−メチ
ルアミノアントラキノン、2−メチルアミノアントラキ
ノン、1,4−ジアミノ−6−エトキシカルボニルアント
ラキノン、1,4−ジアミノ−2−(1−ピロリジニル)
アントラキノン等のアントラキノン誘導体;エチル 1,
3−ジチオール−2−イリデンシアノアセテート、エチ
ル 4−メチル−1,3−ジチオール−2−イリデンシア
ノアセテート等のジチオール誘導体;β,β−ジシアノ
−4−メトキシスチレン、β,β−ジシアノ−4−メチ
ルスチレン等のスチレン誘導体;2−ブロモ−4−ニトロ
−N,N−ジメチルアニリン;4−N,N−ジメチルアミノ−
4′−ニトロスチルベン;2−エチルアミノ−1,3,4−チ
アジアゾールなどが例示される。前記一般式〔I〕で表
される化合物と上記の有機非線形光学材料との混合比
は、所望する光学特性、化合物の物性(例えば、融点、
溶解度、λ maxなど)等により適宜選択できる。As the other non-linear optical material, various organic non-linear optical materials are used, but a material having a large non-linear optical constant, for example, a second-order non-linear optical constant β of 5 × 10 5 is used.
-Compounds of -30 esu or more are used. As such an organic nonlinear optical material, a compound having an electron-withdrawing group and an electron-donating group in the molecule, for example, MNA, 1-methoxy-4- (4-nitrobenzylideneamino) benzene, 1-methoxy-4- (4-nitrobenzylideneamino) benzene, Methyl-4- (4-nitrobenzylideneamino) benzene, 1-ethyl-4- (4-nitrobenzylideneamino) benzene, 1-propyl-4- (4-nitrobenzylideneamino) benzene, 1-butyl-4-
(4-Nitrobenzylideneamino) benzene, 1- (4
Schiff base type compounds such as -nitrobenzylideneamino) -4-hexylbenzene, 1- (4-nitrobenzylideneamino) -4-octylbenzene, 1-ethyl-4- (4-cyanobenzylideneamino) benzene; 1-methyl Aminoanthraquinone, 2-methylaminoanthraquinone, 1,4-diamino-6-ethoxycarbonylanthraquinone, 1,4-diamino-2- (1-pyrrolidinyl)
Anthraquinone derivatives such as anthraquinone; ethyl 1,
Dithiol derivatives such as 3-dithiol-2-ylidene cyanoacetate and ethyl 4-methyl-1,3-dithiol-2-ylidene cyanoacetate; β, β-dicyano-4-methoxystyrene, β, β-dicyano- Styrene derivatives such as 4-methylstyrene; 2-bromo-4-nitro-N, N-dimethylaniline; 4-N, N-dimethylamino-
Examples include 4'-nitrostilbene; 2-ethylamino-1,3,4-thiadiazole and the like. The mixing ratio of the compound represented by the general formula [I] and the organic nonlinear optical material described above is such that desired optical properties and physical properties of the compound (for example, melting point,
It can be appropriately selected depending on the solubility, λ max, etc.).
なお、一般式〔I〕で表される化合物の単一成分から
なる結晶、または一般式〔I〕で表される化合物と前記
他の非線形光学材料との混合物結晶は、例えば、一般式
〔I〕で表される化合物などを加熱熔融後、冷却して結
晶化させる方法;適当な溶媒に適当な温度で溶解した
後、溶媒を除去するかまたは温度を降下させることによ
り、結晶化させる方法;真空蒸着、分子線エピタキシー
等の気相成長法を用いる方法等が例示できる。なお、第
1の結晶化法においては、結晶化させる際、一般式
〔I〕で表され化合物の融液を温度勾配を有する加熱炉
中で結晶化させる融液固化法であってもよい。また、第
2の結晶化法で使用される有機溶媒は、水素結合が可能
なヒドロキシ基を有するメタノール、エタノールなどの
極性溶媒でもよく、アセトニトリル、酢酸エチル、ジエ
チルエーテル、テトラヒドロフランなどの極性溶媒、ベ
ンゼン、トルエン、シクロヘキサンなどの無極性または
極性の小さな溶媒であってもよい。なお、この際、必要
により、不斉炭素を有する溶媒、例えば、(R)−2−
ブタノール等の不斉炭素を有する溶媒より結晶を得ても
よい。A crystal consisting of a single component of the compound represented by the general formula [I] or a mixture crystal of the compound represented by the general formula [I] and the other non-linear optical material is, for example, ] A compound represented by the formula [1] is melted by heating and then cooled to be crystallized; a method in which the compound is dissolved in a suitable solvent at a suitable temperature, and then the solvent is removed or the temperature is lowered to crystallize; Examples thereof include a method using a vapor deposition method such as vacuum deposition and molecular beam epitaxy. The first crystallization method may be a melt solidification method in which, when crystallizing, the melt of the compound represented by the general formula [I] is crystallized in a heating furnace having a temperature gradient. The organic solvent used in the second crystallization method may be a polar solvent such as methanol or ethanol having a hydroxy group capable of hydrogen bonding, a polar solvent such as acetonitrile, ethyl acetate, diethyl ether or tetrahydrofuran, or benzene. It may be a nonpolar solvent or a small polar solvent such as toluene, or cyclohexane. At this time, if necessary, a solvent having an asymmetric carbon, for example, (R) -2-
Crystals may be obtained from a solvent having an asymmetric carbon such as butanol.
また、上記液晶性高分子としては、側鎖にメソーゲン
基を有する側鎖型液晶性高分子、側鎖型ポリアクリレー
ト系液晶高分子、側鎖型ポリシロキサン系液晶高分子な
どが例示される。上記液晶性高分子との混合物固体とす
ることにより、液晶性高分子の分子配向性を利用して前
記一般式〔I〕で表される化合物の分子配列を制御する
ことができる。Examples of the liquid crystalline polymer include a side chain type liquid crystalline polymer having a mesogen group in the side chain, a side chain type polyacrylate type liquid crystal polymer, a side chain type polysiloxane type liquid crystal polymer and the like. By forming a solid mixture with the liquid crystalline polymer, the molecular orientation of the compound represented by the general formula [I] can be controlled by utilizing the molecular orientation of the liquid crystalline polymer.
また、前記の一般式〔I〕で表される化合物と液晶性
高分子との混合物固体は、一般式〔I〕で表される化合
物と液晶高分子との混合物を溶融させた後、徐々に冷却
して液晶状態とし、次いで電場または磁場を印加し、そ
の状態で冷却し固化させることにより得られる。電場ま
たは磁場の印加により液晶性高分子が配向した状態で固
化するので、一般式〔I〕で表される化合物が対称中心
を持たない分子配列状態の固体を得ることができる。上
記の一般式〔I〕で表される化合物と液晶性高分子との
混合物において、各成分の混合比は一般式〔I〕で表さ
れる化合物が分子配向した固体状態をとり得るものであ
れば特に限定されず、一般式〔I〕で表される化合物お
よび使用される液晶性高分子の性状(例えば、相転移温
度など)等により適宜選択することができ、通常一般式
〔I〕で表される化合物の含有量は、2〜60重量%程度
とされる。なお、前記置換基RおよびZにおいて、炭素
数2〜15、特に炭素数4〜15のアルキル基またはアルコ
キシ基やアルコキシ部分の炭素数2〜15、特に炭素数4
〜15の置換基を有する化合物は、上記液晶性高分子との
相溶性に優れるので、混合物固体における分子配列をよ
り一層制御することができると共に、薄膜化できるとい
う利点がある。In addition, the solid mixture of the compound represented by the general formula [I] and the liquid crystalline polymer is gradually melted after the mixture of the compound represented by the general formula [I] and the liquid crystalline polymer is melted. It is obtained by cooling to a liquid crystal state, then applying an electric field or a magnetic field, and cooling and solidifying in that state. Since the liquid crystalline polymer is solidified in the aligned state by the application of an electric field or a magnetic field, it is possible to obtain a solid in a molecular arrangement state in which the compound represented by the general formula [I] does not have a center of symmetry. In the mixture of the compound represented by the general formula [I] and the liquid crystalline polymer, the mixing ratio of the respective components should be such that the compound represented by the general formula [I] can be in a molecularly oriented solid state. It is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the properties of the compound represented by the general formula [I] and the liquid crystalline polymer used (for example, phase transition temperature, etc.). The content of the represented compound is about 2 to 60% by weight. In addition, in the said substituent R and Z, it is C2-C15, especially the C2-C15 alkyl group or alkoxy group, or the C2-C15 of an alkoxy part, especially C4.
The compound having a substituent of ˜15 has excellent compatibility with the above-mentioned liquid crystalline polymer, so that it has an advantage that the molecular arrangement in the mixture solid can be further controlled and the film can be formed into a thin film.
上記のように、前記一般式〔I〕で表される化合物を
少なくとも含有する非線形光学材料は、非線形光学定数
βが大きく、顕著な非線形光学効果を有する。従って、
オプトエレクトロニクス分野で使用される非線形光学素
子用材料、例えば、光波長変換素子用材料や、位相変調
素子、振幅変調素子、周波数変調素子、パルス変調素
子、偏波面変調素子等の光変調素子用材料として好適で
ある。また、上記非線形光学材料は、一般式〔I〕で表
される化合物の結晶そのものを光波長変換素子として用
いることが可能であるが、非線形光学材料を光導波路と
する導波路型光波長変換素子としてもよい[J.Zyss,J.M
olecular Electronics 1, 25(1985)など参照]。導波
路型光波長変換素子とすることにより、導波路内に光を
閉じ込めるので、光パワー密度が大きくなり、また相互
作用長を長くすることができるので高効率化を図ること
ができ、さらにモード分散を利用した位相整合も可能で
ある。As described above, the nonlinear optical material containing at least the compound represented by the general formula [I] has a large nonlinear optical constant β and has a remarkable nonlinear optical effect. Therefore,
Materials for nonlinear optical elements used in the field of optoelectronics, for example, materials for optical wavelength conversion elements and materials for optical modulation elements such as phase modulation elements, amplitude modulation elements, frequency modulation elements, pulse modulation elements, polarization plane modulation elements Is suitable as Further, as the above-mentioned nonlinear optical material, the crystal itself of the compound represented by the general formula [I] can be used as an optical wavelength conversion element, but a waveguide type optical wavelength conversion element using the nonlinear optical material as an optical waveguide is used. May be [J.Zyss, JM
olecular Electronics 1, 25 (1985) etc.]. By using a waveguide type optical wavelength conversion element, the light is confined in the waveguide, so the optical power density is increased, and the interaction length can be lengthened, resulting in higher efficiency and further mode Phase matching using dispersion is also possible.
〈実施例〉 以下に、実施例を示す添附図面に基づいて、上記第1
の発明の非線形光学材料を用いた非線形光学素子につい
て詳細に説明する。<Embodiment> The first embodiment will be described below with reference to the accompanying drawings showing an embodiment.
A non-linear optical element using the non-linear optical material of the invention will be described in detail.
第1図は本発明の光波長変換素子の一実施例であり、
第2高調波発生素子としての光ファイバー型光波長変換
素子の概略図を示し、一般式〔I〕で表される化合物を
少なくとも含有する非線形光学材料(以下、非線形媒質
と称する)からなるコア(1)が、ガラス等の2次の非
線形光学効果を示さない媒質(以下、等方性媒質と称す
る)からなるクラッド(2)で被覆された構造を有し、
同図中、一点鎖線は入射された光の基本波を、二点鎖線
は第2高調波を示す。レーザ光等の光はレンズ等で集光
され、上記光波長変換素子の一端面からコア(1)に入
射される。コア(1)を形成する非線形媒質は大きい2
次の非線形光学効果を示すので、コア(1)の他端面よ
り出射される光は基本波と第2高調波を含み、プリズ
ム、フィルタ等の分光手段により分離することにより第
2高調波が取り出される。FIG. 1 shows an embodiment of the optical wavelength conversion element of the present invention,
1 is a schematic view of an optical fiber type optical wavelength conversion element as a second harmonic generation element, showing a core (1) made of a nonlinear optical material (hereinafter referred to as a nonlinear medium) containing at least a compound represented by the general formula [I]. ) Has a structure covered with a cladding (2) made of a medium such as glass (hereinafter, referred to as an isotropic medium) that does not exhibit a second-order nonlinear optical effect,
In the figure, the alternate long and short dash line indicates the fundamental wave of the incident light, and the alternate long and two short dashes line indicates the second harmonic. Light such as laser light is condensed by a lens or the like and is incident on the core (1) from one end surface of the light wavelength conversion element. The nonlinear medium forming the core (1) is large 2
Since the following nonlinear optical effect is exhibited, the light emitted from the other end surface of the core (1) includes a fundamental wave and a second harmonic wave, and the second harmonic wave is extracted by separating the light with a spectral means such as a prism or a filter. Be done.
また第2図および第3図は、それぞれ光波長変換素子
の他の実施例を示す概略図であり、図面中、一点鎖線お
よび二点鎖線はそれぞれ第1図と同様な意味を示す。2 and 3 are schematic diagrams showing other embodiments of the light wavelength conversion element, respectively, and in the drawings, the alternate long and short dash line and the alternate long and two short dashes line have the same meanings as in FIG. 1, respectively.
第2図に示される光波長変換素子では、等方性媒質か
らなる基板(22)上に非線形媒質からなる光導波部(2
1)が形成されており、また第3図に示される光波長変
換素子においては、等方性媒質からなる基板(32)と、
同じく等方性媒質からなるトップ層(33)との間に非線
形媒質からなる光導波部(31)が形成されいる。上記の
光波長変換素子は、第1図に示される光波長変換素子と
同様にして使用される。In the optical wavelength conversion element shown in FIG. 2, an optical waveguide section (2) made of a nonlinear medium is formed on a substrate (22) made of an isotropic medium.
1) is formed, and in the optical wavelength conversion element shown in FIG. 3, a substrate (32) made of an isotropic medium,
An optical waveguide portion (31) made of a non-linear medium is formed between it and a top layer (33) also made of an isotropic medium. The light wavelength conversion element described above is used in the same manner as the light wavelength conversion element shown in FIG.
また、光変調素子としても従来から用いられている形
態のデバイスとすることができる。第4図は、その一例
として、位相変調素子として、横型動作の光導波路型光
変調素子の概略図を示し、等方性媒質よりなる基板(4
2)中に、非線形媒質からなる導波部(41)が設けられ
ていると共に、該導波部(41)を介して2つの電極(4
3)が長さ方向に沿って対向する位置に設けられてお
り、該電極(43)間に電圧を印加することにより電界が
形成される。上記素子において、導波部(41)の長さ方
向の一端から入射された光が導波部(41)を通過し他端
面から出射される際、導波部(41)を構成する非線形媒
質の屈折率が変化すると出射される光の位相も変化す
る。非線形媒質の屈折率は印加電圧により変化するの
で、電極(43)間の印加電圧を変化させることにより、
出射光の位相変調を行なうことができる。Further, as the light modulation element, a device of a form conventionally used can be used. FIG. 4 shows, as an example thereof, a schematic view of an optical waveguide type optical modulation element of a lateral type operation as a phase modulation element, in which a substrate (4
A waveguide (41) made of a non-linear medium is provided in the inside of 2), and two electrodes (4) are provided through the waveguide (41).
3) are provided at opposite positions along the length direction, and an electric field is formed by applying a voltage between the electrodes (43). In the above element, when the light incident from one end of the waveguide section (41) in the length direction passes through the waveguide section (41) and is emitted from the other end surface, a nonlinear medium forming the waveguide section (41) When the refractive index of the light changes, the phase of the emitted light also changes. Since the refractive index of the non-linear medium changes depending on the applied voltage, by changing the applied voltage between the electrodes (43),
The phase of the emitted light can be modulated.
上記第1図から第4図に示される光波長変換素子にお
いて、コア(1)および光導波部(21)(31)(41)の
形成は、例えば、非線形媒質原料を、それぞれ等方性媒
質からなるキャピラリー中、等方性媒質からなる導波路
基板上、または等方性媒質からなる導波路基板間で、加
熱溶融後、ゆっくりと冷却させて結晶を析出させる方
法、基板上に真空蒸着法、高周波スパッタリング法等に
よって結晶を析出させる方法などにより行われ、また、
適当な有機溶媒に非線形媒質原料を溶解させた溶液か
ら、上記キャピラリー中、基板上または基板間に結晶を
析出させる方法によってもよい。さらに、場合によって
は、キャピラリー中、基板上または基板間で非線形媒質
との接触界面となるべき部分を配向処理材で処理した
後、非線形媒質を析出、結晶成長させ光波長変換素子な
どを形成してもよい。配向処理材としては、無機塩およ
び有機塩(例えば、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモ
ニウムなど)、適当な高分子(例えば、ポリアミドな
ど)からなる薄膜、金属錯体、金属薄膜(例えば、斜め
蒸着した金薄膜など)等が例示される。In the optical wavelength conversion element shown in FIGS. 1 to 4, the core (1) and the optical waveguides (21) (31) (41) are formed, for example, by using a nonlinear medium raw material and an isotropic medium, respectively. In a capillary consisting of, on a waveguide substrate made of an isotropic medium, or between waveguide substrates made of an isotropic medium, heating and melting, then slowly cooling to precipitate crystals, and vacuum deposition method on the substrate , A method of precipitating a crystal by a high frequency sputtering method or the like, and
A method of precipitating crystals from the solution in which the non-linear medium raw material is dissolved in an appropriate organic solvent in the above-mentioned capillary, on the substrate or between the substrates may be used. Further, in some cases, after processing the portion of the capillary, on or between the substrates, which is to be the contact interface with the nonlinear medium with the alignment treatment material, the nonlinear medium is precipitated and crystal grown to form an optical wavelength conversion element or the like. May be. As the alignment treatment material, an inorganic salt and an organic salt (for example, hexadecyltrimethylammonium bromide), a thin film made of an appropriate polymer (for example, polyamide), a metal complex, a metal thin film (for example, an obliquely evaporated gold thin film) Etc.) are exemplified.
なお、本発明の非線形光学素子は上記実施例に限定さ
れるものではなく、光変調素子としては、振幅変調する
ことができる縦型動作の光導波路型光変調素子でもよ
く、また結晶などの非線形媒質自体に直接電圧を印加す
る形態とすることもできる。なお、光変調素子において
は、非線形媒質の対称性、結晶軸の方向等により、位相
変調を効率よく行なうための電界印加方向が異なるの
で、それらに基づき電極の構成を適宜変更するのがよ
い。The non-linear optical element of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and the light modulation element may be a vertical operation optical waveguide type light modulation element capable of amplitude modulation, or a non-linear crystal such as a crystal. It is also possible to adopt a form in which a voltage is directly applied to the medium itself. In the light modulation element, the electric field application direction for efficiently performing the phase modulation differs depending on the symmetry of the nonlinear medium, the direction of the crystal axis, and the like. Therefore, it is preferable to appropriately change the electrode configuration based on these.
以下、具体例に基づいて本発明をより詳細に説明す
る。Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on specific examples.
具体例1 ベンゼン10mlに、シアノ酢酸エチル0.4gを添加し、さ
らにピペリジン0.1mlを添加し、シアノ酢酸エチル溶液
を調製する。また、ベンゼン10mlに、3−ホルミル−9
−エチルカルバゾール0.75gを溶解し、得られた溶液を
前記シアノ酢酸エチル溶液に添加し、室温で2時間撹拌
する。反応終了後、溶媒を留去し、乾燥し、生成した黄
色固体をベンゼンから再結晶することにより、目的化合
物である3−(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)
ビニル−9−エチルカルバゾール0.88g(収率83%)を
得る。Example 1 To 10 ml of benzene, 0.4 g of ethyl cyanoacetate was added, and 0.1 ml of piperidine was further added to prepare an ethyl cyanoacetate solution. Also, 3-formyl-9 is added to 10 ml of benzene.
Dissolve 0.75 g of ethylcarbazole, add the resulting solution to the ethyl cyanoacetate solution and stir at room temperature for 2 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off, the residue was dried, and the produced yellow solid was recrystallized from benzene to give the desired compound 3- (2-cyano-2-ethoxycarbonyl).
0.88 g (yield 83%) of vinyl-9-ethylcarbazole is obtained.
融点:139〜140℃ IR(KBr)νmax/cm-1: 3020、2240、1725、15801 H−NMR(CDCl3)δ: 1.42(3H,t)、1.48(3H,t)、4.39(2H,q)、4.41(2
H,q)、7.36(1H,t)、7.46(1H,d)、7.47(1H,d)、
7.54(1H,t)、8.17(1H,d)、8.24(1H,q)、8.43(1
H,s)、8.76(1H,d) マススペクトル(70e V)m/e 318 得られた結晶に、波長1.064μmのNd:YAGレーザ光を
照射したところ、第2高調波である波長0.532μmの光
が観測された。Melting point: 139 to 140 ° C IR (KBr) νmax / cm -1 : 3020, 2240, 1725, 1580 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 1.42 (3H, t), 1.48 (3H, t), 4.39 (2H) , q), 4.41 (2
H, q), 7.36 (1H, t), 7.46 (1H, d), 7.47 (1H, d),
7.54 (1H, t), 8.17 (1H, d), 8.24 (1H, q), 8.43 (1
H, s), 8.76 (1H, d) Mass spectrum (70e V) m / e 318 When the obtained crystal was irradiated with Nd: YAG laser light having a wavelength of 1.064 μm, light having a wavelength of 0.532 μm, which was the second harmonic, was observed.
具体例2 具体例1の3−ホルミル−9−エチルカルバゾールに
代えて、3−ホルミル−9−メチルカルバゾールを用
い、上記具体例1と同様にして目的化合物である3−
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
メチルカルバゾール0.80g(収率77%)を得る。Specific Example 2 In place of 3-formyl-9-ethylcarbazole of Specific Example 1, 3-formyl-9-methylcarbazole was used, and the target compound 3- was prepared in the same manner as in Specific Example 1 above.
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
0.80 g (77% yield) of methylcarbazole is obtained.
融点:196〜197℃ IR(KBr)νmax/cm-1: 3020、2240、1725、15801 H−NMR(CDCl3)δ: 1.42(3H,t)、3.91(3H,s)、4.40(2H,q)、7.34(1
H,t)、7.46(1H,d)、7.47(1H,d)、7.56(1H,t)、
8.16(1H,d)、8.24(1H,q)、8.77(1H,d) マススペクトル(70e V)m/e 304 得られた結晶に、波長1.064μmのNd:YAGレーザ光を
照射したところ、第2高調波である波長0.532μmの光
が観測された。Melting point: 196 to 197 ° C IR (KBr) νmax / cm −1 : 3020, 2240, 1725, 1580 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 1.42 (3H, t), 3.91 (3H, s), 4.40 (2H) , q), 7.34 (1
H, t), 7.46 (1H, d), 7.47 (1H, d), 7.56 (1H, t),
8.16 (1H, d), 8.24 (1H, q), 8.77 (1H, d) Mass spectrum (70e V) m / e 304 When the obtained crystal was irradiated with Nd: YAG laser light having a wavelength of 1.064 μm, light having a wavelength of 0.532 μm, which was the second harmonic, was observed.
具体例3 ベンゼン10mlに、マロンニトリル0.3gを添加し、さら
にピリジン0.1mlを添加し、マロンニトリル溶液を調製
する。また、ベンゼン10mlに、3−ホルミル−9−メチ
ルカルバゾール0.65gを溶解し、得られた溶液を前記マ
ロンニトリル溶液に添加し、40℃の温度で3時間撹拌す
る。反応終了後、溶媒を留去し、生成した黄色固体をエ
タノールから再結晶することにより、目的化合物である
3−(2,2−ジシアノ)ビニル−9−メチルカルバゾー
ル0.6g(収率60%)を得る。Example 3 To 10 ml of benzene, 0.3 g of malonnitrile was added, and then 0.1 ml of pyridine was added to prepare a malonnitrile solution. Further, 0.65 g of 3-formyl-9-methylcarbazole was dissolved in 10 ml of benzene, the resulting solution was added to the malonnitrile solution, and the mixture was stirred at a temperature of 40 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the solvent was distilled off and the resulting yellow solid was recrystallized from ethanol to give 0.6 g of the target compound 3- (2,2-dicyano) vinyl-9-methylcarbazole (yield 60%). To get
融点:197〜198.5℃ IR(KBr)νmax/cm-1: 2210、1575、15501 H−NMR(CDCl3)δ: 3.93(3H,s)、7.36(1H,t)、7.48(2H,d)、7.59(1
H,t)、7.87(1H,s)、8.11(1H,q)、8.14(1H,d)、
8.65(1H,d) マススペクトル(70e V)m/e 257 得られた結晶に、波長1.064μmのNd:YAGレーザ光を
照射したところ、第2高調波である波長0.532μmの光
が観測された。Melting point: 197 to 198.5 ° C IR (KBr) νmax / cm -1 : 2210, 1575, 1550 1 H-NMR (CDCl 3 ) δ: 3.93 (3H, s), 7.36 (1H, t), 7.48 (2H, d) ), 7.59 (1
H, t), 7.87 (1H, s), 8.11 (1H, q), 8.14 (1H, d),
8.65 (1H, d) Mass spectrum (70e V) m / e 257 When the obtained crystal was irradiated with Nd: YAG laser light having a wavelength of 1.064 μm, light having a wavelength of 0.532 μm, which was the second harmonic, was observed.
具体例4 具体例1で得た結晶を加熱溶融した後、ガラスキャピ
ラリー(内径5〜10μm、外径0.5〜1mm、長さ2〜3c
m)中に、毛細管現象を利用して注入した後、ブリッジ
マン炉内で結晶を成長させ、光波長変換素子を作製し
た。この素子の一端面から、波長1.064μmのNd:YAGレ
ーザ光を照射したところ、他端面から波長0.532μmの
第2高調波の発生が観測された。Concrete Example 4 After melting the crystal obtained in Concrete Example 1 by heating, a glass capillary (inner diameter 5 to 10 μm, outer diameter 0.5 to 1 mm, length 2 to 3 c)
After injecting into m) by utilizing a capillary phenomenon, crystals were grown in a Bridgman furnace to fabricate a light wavelength conversion element. When Nd: YAG laser light with a wavelength of 1.064 μm was irradiated from one end face of this element, generation of a second harmonic with a wavelength of 0.532 μm was observed from the other end face.
具体例5および6 具体例2および3で得た結晶を加熱溶融した後、ガラ
スキャピラリー(内径5〜10μm、外径0.5〜1mm、長さ
2〜3cm)中に、毛細管現象を利用して注入した後、ブ
リッジマン炉内で結晶を成長させ、光波長変換素子を作
製した。この素子の一端面から、波長1.064μmのNd:YA
Gレーザ光を照射したところ、他端面から波長0.532μm
の第2高調波の発生が観測された。Specific Examples 5 and 6 The crystals obtained in Specific Examples 2 and 3 were heated and melted, and then injected into a glass capillary (inner diameter 5 to 10 μm, outer diameter 0.5 to 1 mm, length 2 to 3 cm) by utilizing capillary phenomenon. After that, a crystal was grown in a Bridgman furnace to fabricate a light wavelength conversion element. From one end face of this element, Nd: YA with a wavelength of 1.064 μm
When irradiated with G laser light, the wavelength is 0.532 μm from the other end surface.
The generation of the second harmonic of was observed.
〈発明の効果〉 以上のように、第1の発明の非線形光学材料によれ
ば、前記一般式〔I〕で表される化合物が、電子吸引性
の大きなシアノ基と、カルバゾール骨格とが共役結合に
より結合しているので、前記一般式〔I〕で表される化
合物を少なくとも含有する非線形光学材料は、光などの
電場により分極が生ずる際の電子移動が速やかに起こ
り、非線形光学定数βが大きく、顕著な非線形光学効果
を示す。<Effects of the Invention> As described above, according to the nonlinear optical material of the first invention, in the compound represented by the general formula [I], the cyano group having a large electron-withdrawing property and the carbazole skeleton are conjugated to each other. Therefore, in the nonlinear optical material containing at least the compound represented by the general formula [I], electron transfer rapidly occurs when polarization occurs due to an electric field such as light, and the nonlinear optical constant β is large. , Shows a remarkable nonlinear optical effect.
また、第2の発明の非線形光学素子によれば、上記第
1の発明の非線形光学材料を用いているため、2次の非
線形光学素子が得られ、光強度の弱いレーザ光でも高強
度の第2高調波を分離でき、また少ない電圧変化でも電
気光学効果を効率よく発現できるという特有の効果を奏
する。Further, according to the nonlinear optical element of the second invention, since the nonlinear optical material of the first invention is used, a second-order nonlinear optical element can be obtained, and even if the laser light with low light intensity is high in intensity, It is possible to separate the two harmonics, and it is possible to efficiently exhibit the electro-optical effect even with a small voltage change.
第1図は、光波長変換素子としての非線形光学素子の一
実施例を示す概略図、 第2図および第3図は、それぞれ光波長変換素子として
の非線形光学素子の他の実施例を示す概略図、 第4図は、位相変調素子としての非線形光学素子の一実
施例を示す概略図である。 (1)……コア、(2)……クラッド、(21)(31)
(41)……光導波部、(22)(32)(42)……基板、
(33)……トップ層、(43)……電極。FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a non-linear optical element as an optical wavelength conversion element, and FIGS. 2 and 3 are schematic views showing other embodiments of a non-linear optical element as an optical wavelength conversion element, respectively. 4 and 5 are schematic diagrams showing an embodiment of a non-linear optical element as a phase modulation element. (1) …… Core, (2) …… Clad, (21) (31)
(41) …… optical waveguide, (22) (32) (42) …… substrate,
(33) …… Top layer, (43) …… Electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上西 直太 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 安田 則彦 大阪府大阪市此花区島屋1丁目1番3号 住友電気工業株式会社大阪製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naota Uenishi 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works (72) Inventor Norihiko Yasuda Shimaya, Konohana-ku, Osaka City, Osaka Prefecture 1-3-1 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works
Claims (15)
くとも含有することを特徴とする非線形光学材料。 (式中、Rは、水素原子、アルキル基、置換基を有して
いてもよいフェニル基を示し、Zは、水素原子、カルボ
キシ基、アルコキシカルボニル基、置換基を有していて
もよいカルバモイル基、シアノ基を示す)1. A nonlinear optical material comprising at least a compound represented by the following general formula [I]. (In the formula, R represents a hydrogen atom, an alkyl group or a phenyl group which may have a substituent, and Z represents a hydrogen atom, a carboxy group, an alkoxycarbonyl group or a carbamoyl which may have a substituent. Group, cyano group)
Rが炭素数1〜15のアルキル基、炭素数1〜15のアルコ
キシ基を有していてもよいフェニル基であり、Zがアル
コキシ部分の炭素数1〜15のアルコキシカルボニル基、
シアノ基である上記特許請求の範囲第1項記載の非線形
光学材料。2. A compound represented by the general formula [I]:
R is an alkyl group having 1 to 15 carbon atoms, a phenyl group which may have an alkoxy group having 1 to 15 carbon atoms, Z is an alkoxycarbonyl group having 1 to 15 carbon atoms in the alkoxy moiety,
The nonlinear optical material according to claim 1, which is a cyano group.
Rが炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコ
キシ基を有していてもよいフェニル基であり、Zがアル
コキシ部分の炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基ま
たはシアノ基である上記特許請求の範囲第1項または第
2項記載の非線形光学材料。3. A compound represented by the general formula [I],
R is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a phenyl group optionally having an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, and Z is an alkoxycarbonyl group having 1 to 6 carbon atoms in the alkoxy moiety or a cyano group. The nonlinear optical material according to claim 1 or 2.
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
メチルカルバゾールである上記特許請求の範囲第1項記
載の非線形光学材料。4. A compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is methylcarbazole.
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
メチルカルバゾールである上記特許請求の範囲第1項記
載の非線形光学材料。5. A compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is methylcarbazole.
(2−シアノ−2−メトキシカルボニル)ビニル−9−
エチルカルバゾールである上記特許請求の範囲第1項記
載の非線形光学材料。6. A compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-methoxycarbonyl) vinyl-9-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is ethylcarbazole.
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
エチルカルバゾールである上記特許請求の範囲第1項記
載の非線形光学材料。7. A compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is ethylcarbazole.
(2−シアノ−2−エトキシカルボニル)ビニル−9−
(4−メトキシフェニル)カルバゾールである上記特許
請求の範囲第1項記載の非線形光学材料。8. A compound represented by the general formula [I] is 3-
(2-Cyano-2-ethoxycarbonyl) vinyl-9-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is (4-methoxyphenyl) carbazole.
(2,2−ジシアノ)ビニル−9−メチルカルバゾールで
ある上記特許請求の範囲第1項記載の非線形光学材料。9. A compound represented by the general formula [I] is 3-
The nonlinear optical material according to claim 1, which is (2,2-dicyano) vinyl-9-methylcarbazole.
分結晶からなる上記特許請求の範囲第1項記載の非線形
光学材料。10. The nonlinear optical material according to claim 1, which is composed of a single-component crystal of a compound represented by the general formula [I].
て、上記光導波部が下記一般式〔I〕で表される化合物
を少なくとも含有する非線形光学材料で構成されている
ことを特徴とする非線形光学素子。 (式中、Rは、水素原子、アルキル基、置換基を有して
いてもよいフェニル基を示し、Zは、水素原子、カルボ
キシ基、アルコキシカルボニル基、置換基を有していて
もよいカルバモイル基、シアノ基を示す)11. A non-linear optical element having an optical waveguide section, wherein the optical waveguide section is composed of a non-linear optical material containing at least a compound represented by the following general formula [I]. Non-linear optical element. (In the formula, R represents a hydrogen atom, an alkyl group or a phenyl group which may have a substituent, and Z represents a hydrogen atom, a carboxy group, an alkoxycarbonyl group or a carbamoyl which may have a substituent. Group, cyano group)
なるコアと、該コアを被覆する非線形光学効果を示さな
い媒質からなるクラッドとで構成されている上記特許請
求の範囲第11項記載の非線形光学素子。12. The non-linear optical element according to claim 11, wherein the non-linear optical element is composed of a core made of a non-linear optical material and a clad made of a medium that covers the core and does not exhibit a non-linear optical effect. Optical element.
さない媒質からなる基板と、該基板に形成された非線形
光学材料からなる光導波部とで構成されている上記特許
請求の範囲第11項記載の非線形光学素子。13. The non-linear optical element according to claim 11, wherein the non-linear optical element comprises a substrate made of a medium exhibiting no non-linear optical effect and an optical waveguide section made of the non-linear optical material formed on the substrate. The nonlinear optical element described.
さない媒質からなる基板と、非線形光学効果を示さない
媒質からなる層と、上記基板と層との間に形成された非
線形光学材料からなる光導波部とで構成されている上記
特許請求の範囲第11項記載の非線形光学素子。14. A non-linear optical element comprises a substrate made of a medium exhibiting no non-linear optical effect, a layer made of a medium not exhibiting non-linear optical effect, and a non-linear optical material formed between the substrate and the layer. 12. The nonlinear optical element according to claim 11, which is composed of an optical waveguide section.
さない媒質からなる基板と、該基板に形成された非線形
光学材料からなる光導波部と、上記光導波部に電界を作
用させる電極とで構成されている上記特許請求の範囲第
11項記載の非線形光学素子。15. A non-linear optical element comprising a substrate made of a medium that does not exhibit a non-linear optical effect, an optical waveguide section made of a non-linear optical material formed on the substrate, and an electrode for applying an electric field to the optical waveguide section. Claims as constituted above
Item 11. A non-linear optical element described in item 11.
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JPH01101522A JPH01101522A (en) | 1989-04-19 |
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